DE3321351A1

DE3321351A1 - Kreuzgelenkwelle

Info

Publication number: DE3321351A1
Application number: DE3321351A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 5200 Siegburg Krude
Original assignee: Uni Cardan AG
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 1983-06-13
Filing date: 1983-06-13
Publication date: 1984-12-13
Also published as: IT8405144A1; SE8400537L; GB8414888D0; BR8402628A; SE8400537D0; DD215610A5; FR2547881B1; ES278355U; IT1180338B; GB2141521B; US4568314A; ES278355Y; GB2141521A; IT8405144A0; JPS604624A; FR2547881A1; IT8406972V0

Description

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Kreuzgelenkwelle

Die Erfindung betrifft eine Kreuzgelenkwelle, welche aus einem Übertragungsrohr, etwa aus faserverstärktem Kunststoff, mit je zwei sich diametral gegenüberliegenden Bohrungen nahe dem einen oder beiden Rohrende(n) und einem in jedem Bohrungspaar schwenkbar gelagerten Zapfenkreuz mit angelenkter Übertragungsgabel besteht.

Bei Kreuzgelenkwellen für größere Belastungen müssen die dem Lagern des Zapfenkreuzes dienenden Übertragungsgabeln so beschaffen sein, daß die bei der Drehmomentübertragung wirksamen Radialkräfte sicher von den Gabelarmen abgestützt werden. Hierdurch wird vermieden, daß sich das antriebsseitige Gabelarmpaar und/oder das abtriebsseitige Gabelarmpäar auseinanderbiegt. Diese Voraussetzung ist bei Gelenkwellen, etwa solchen aus Stahl, aufgrund ihrer Materialeigenschaften erfüllt.

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Im Zuge der Gewichtseinsparung im Automobilbau ist man bestrebt, auch das Gewicht der Gelenkwelle zu verringern. Aus der DE-OS 28 18 167 ist eine Kreuzgelenkwelle bekannt, deren Übertragungsrohr aus faserverstärktem Kunstharz besteht und durch Wickeln von harzgetränkten Fasern auf einen Dorn hergestellt ist. Dabei ist das Rohrende verdickt ausgebildet, nach Fertigstellung des Übertragungsrohres werden an den verdickten Enden Bohrungen für die Aufnahme der Lagerbuchsen gebildet. Durch die Lagerung des Zapfenkreuzes in einem verdickt ausgebildeten Rohrendstück können zwar einerseits festigkeitsmäßige Nachteile des faserverstärkten Kunststoffs gegenüber Stahl verringert werden; der das Zapfenkreuz aufnehmende Endteil der Welle muß jedoch andererseits so groß gehalten sein, daß sich der an-schließende gabelartige Übertragungsteil innerhalb des Rohres noch genügend frei bewegen kann, d.h. ein ausreichender Beugungswinkel möglich ist; Bei dieser Lösung ist daher ein Rohrdurchmesser erforderlich, der an sich für die zu übertragenden Drehmomente nicht benötigt wird. Außerdem können die beiden Zapfenkreuz-Lagerpaare nicht optimal gestaltet werden.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine leichtgewichtige Kreuzgelenkwelle zu schaffen, bei welcher die Mängel der bekannten Gelenkwelle, nämlich beschränkter Beugungswinkel der Gelenke und/oder großer Rohrdurchmesser sowie unbefriedigende Gestaltung der Zapfenkreuz-Lagerpaare, vermieden werden. Ferner-soll auch das Ansetzen eines Kreuzgelenks aus Stahl an das aus faserverstärktem Kunststoff bestehende Übertragungsrohr, d.h. das Anbringen eines stählernen, gabelförmigen Endstückes an das Kunststoffrohr, etwa durch Kleben, Verschrauben oder dergl., vermieden werden. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei der eingangs genannten Kreuzgelenkwelle dadurch gelöst, daß jeweils zwei sich gegen-

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überstehende, eine Bohrung enthaltende, gabelartige Arme aus faserverstärktem Kunststoff an einem oder an beiden Enden des Ubertragungsrohrs vorgesehen und mittels eines entfernbaren Bügels verbunden sind. Durch die Ausbildung der gabelartigen Arme am Ende des Übertragungsrohres und die Lagerung des Zapfenkreuzes in den in den Armen vorgesehenen Bohrungen ergibt sich eine gute Winkelbeweglichkeit der Abtriebsgabel, ohne daß das Übertragungsrohr einen für die Drehmomentübertragung nicht erforderlichen großen Durchmesser aufweisen müßte. Die hiermit verbundene Schwächung der Gesamtkonstruktion wird ausreichend ausgeglichen durch die Bügelverbindung, mittels welcher die Biege- und Torsionssteifigkeit der Gabelarme verstärkt wird.

Der Bügel besteht aus einem biegesteifen Werkstoff, z.B. ebenfalls aus faserverstärktem Kunststoff oder aber aus Stahl. Durch das erfindungsgemäße Anformen der Gabel(n) an das Übertragungsrohr wird eine Verbindung zwischen Stahlgabel und Kunststoffrohr mittels Kleben oder Verschrauben entbehrlich. Allein schon hierdurch läßt sich ein wesentlicher Mangel derartiger Konstruktionen beseitigen.

Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind an beiden Schenkeln der U-förmigen Bügel Eingriffsmittel ausgebildet, mit welchen die Schenkel in Eingriff mit den gabelförmigen Armen und/oder den Lagerbuchsen des Zapfenkreuzes gebracht werden können. Hierbei kann insbesondere in jedem Schenkel eine der Lagerbuchse angepaßte, zum Schenkelende hin offene, über mehr als den halben Buchsenumfang reichende Bohrung angeordnet sein. Beim Eingriff umgreifen die Schenkel dann die Lagerbuchsen um mehr als die Hälfte, wobei Fixierungsmittel, insbesondere ein Sicherungsring, innenseitig jedem Schenkel anliegen. Hierdurch ergibt sich eine sichere Fixierung der beiden Gabelarme und ihre Versteifung gegen Biegung und Torsion.

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Nach der bevorzugten Ausführungsform der Kreuzgelenkwelle ist der Bügelsteg zwischen den Schenkeln beidseitig ausgeschnitten. Infolge dieser Verengung des Bügelstegs zur Stegmitte hin wird die Winkelbeweglichkeit des Zapfenkreuzes und damit der Beugungswinkel vergrößert, und zwar sowohl, bei abtriebseitiger als auch bei antriebseitiger Anordnung des Zapfenkreuzes.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Steg des Bügels zwischen den Armen der Abtriebsgabel angeordnet. In diesem Falle kann er auch erst nach der Montage des Kreuzgelenkes eingebaut werden. Es versteht sich von selbst, daß der Abstand des Bügelsteges vom Zapfenkreuz möglichst gering sein soll, um eine große Winkelbeweglichkeit zu gewährleisten.

Bei einer anderen Ausführungsform ist der Steg des Bügels außerhalb der Abtriebsgabel durch den lichten Rohrraum zwischen den am Übertragungsrohr angeformten Armen verlaufend, also antriebsseitig des Zapfenkreuzes, angeordnet. Bei dieser Ausführung ist der Bügel vor der Montage des Kreuzgelenkes an den Gabelarmen bzw. Lagerbuchsen anzubringen.

Nach der bevorzugten Ausführungsform sind weiterhin die Außen- j flächen der Schenkel des Bügels und die Innenflächen der Gabelarme zylindrisch ausgebildet und die Zylinderflächen der Schenkel und Gabelarme haben im wesentlichen gleichen Durchmesser. Bei der Ausführungsform, in welcher der Bügelsteg durch die Abtriebsgabel verläuft, können die Innenflächen der Schenkel des Bügels und die Außenflächen der Gabelarme zylindrisch ausgebildet sein und die Zylinderflächen der Schenkel und Gabelarme im wesentlichen gleichen Durchmesser haben. Bei dieser Ausführungsform kann der Bügel auf die Gabelarme aufgeschoben werden. Hierbei kann die Fixierung dann ebenfalls auf der Außenseite der Arme, z.B. an den Lagerbuchsen, erfolgen.

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Selbstverständlich kann die Gestaltung der an dem Übertragungsrohr angeformten Gabelarme sehr unterschiedlich sein; insbesondere kann das Rohrende im Querschnitt als Viereck ausgebildet sein.

In bevorzugter Ausgestaltungsweise der Erfindung sind die gabelartigen Arme zusammen mit dem Übertragungsrohr aus faserverstärk-tem Kunststoff durch ein Wickelverfahren gebildet. Dabei werden zweckmäßigerweise die im Übertragungsrohr schraubenförmig angeordneten Fasern bzw. Rovings an den Rohrenden in die gabelartigen Arme und in diesen um die Bohrungen für die Lagerbuchsen herumgeführt, so daß die Torsions- und Biegebeanspruchungen der Gabelarme gut auf das Rohr übertragen werden können. Als Verstärkungsfasern können Glasfasern, Kohlenstofffasern, Kunststoffasern (Polyamid) oder Metalldrähte (Stahl, Beryllium) dienen. Geeignete Matrix-Kunststoffe sind Polyepoxid- oder Polyester-Harze.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen:

Figur 1 die Seitenansicht einer ersten Ausführungsform

des Kreuzgelenkes der erfindungsgemäßen Gelenkwelle, teilweise im Schnitt;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Figur 1;

Fig. 3 die Seitenansicht einer Gelenkwelle, deren Übertragungsrohr mit zwei Kreuzgelenken nach Fig. 1 und 2 versehen ist, teilweise im Schnitt;

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Fig. M eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform

des Kreuzgelenks der erfindungsgemäßen Gelenkwelle, teilweise im Schnitt; und

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4.

Bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsform des Kreuzgelenkes sind am Ende 2 des z.B. aus glasfaserverstärktem Polyesterharz bestehenden Übertragungsrohres 1 zwei diametral einander gegenüberliegende gabelförmige Arme 5 angeformt, wodurch sich seitlich zwei relativ lange Ausschnitte 3 ergeben. Jeder Arm 5 enthält Eingriffsmittel, wie etwa eine Bohrung 9, wobei beide Bohrungen 9 miteinander fluchten. In den Bohrungen 9 sind die Lagerbuchsen 7 zum Lagern des Zapfenkreuzes 14 angeordnet. Das Zapfenkreuz 14 ist mit einem Zapfenpaar in den Buchsen 7 in herkömmlicher Weise, insbesondere in Nadeln, gelagert. An dem anderen Zapfenpaar des Zapfenkreuzes ist die den Flansch 16 aufweisende Abtriebsgabel 4 angelenkt. Erfindungsgemäß ist ein U-förmiger Bügel 6 mit seinen Schenkeln 6a zwischen die Arme 5 eingeschoben, wobei die zylindrischen Außenflächen 6c der Schenkel 6a mit den zylindrischen Innenflächen 5a der Arme 5 formschlüssig in Eingriff sind. In den Bügelschenkeln 6a sind Bohrungen 18 angeordnet, mit welchen die Bügelschenkel 6a die Lagerbuchsen 7 etwas mehr als 18O° umfassen. Schließlich werden die Gabelarme 5 durch die Fixierungsmittel 8 fest mit dem Bügel 6 zusammengehalten. Der Bügelsteg 6b ist bei dieser Ausführungsform zwischen den beiden Armen 12,13 der Abtriebsgabel 4 angeordnet und an beiden Seiten mit Ausschnitten 11 versehen, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die Ausschnitte 11 tragen zu großer Winkelbeweglichkeit der Abtriebsgabel 4 bei.

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Bei der in Fig. 3 gezeigten erfindungsgemäßen Kreuzgelenkwelle ist das Übertragungsrohr 1 an beiden Enden 2a, 2b mit dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Kreuzgelenk 15 versehen.

Die in den Figuren 4 und 5 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich insofern von der Ausführungsform der Figuren 1 und 2, als der Bügel 6 nicht durch die Abtriebsgabel 4 verläuft, sondern auf der entgegengesetzten Seite des Zapfenkreuzes 14 im leeren Innenraum zwischen den Armen 5 angeordnet ist. Auch bei dieser Ausführungsform hat der Bügelsteg 6a Ausschnitte 1 1 , welche zum Vergrößern der Winkelbeweglichkeit des Zapfenkreuzes 14 führen. Das Zapfenkreuz 14 wiederum ist mit einem Zapfenpaar in den Buchsen 7 gelagert und durch die Fixierungsmittel 8 befestigt. Die Abtriebsgabel 4 ist mit ihren Bohrungen 17 an dem anderen Zapfenpaar des Zapfenkreuzes 14 angelenkt. Die Ausschnitte 3 zwischen den Gabelarmen 5 müssen relativ lang sein und würden an sich eine deutliche Schwächung der Gabelarme bedeuten. Das Anbringen des Bügels 6 mit seinen Ausschnitten 11 relativ nahe des Zapfenkreuzes 14 trägt jedoch in deutlichem Maße zu hoher Übertragungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Kreuzgelenkwelle bei.

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BEZUGSZEICHENLISTE

1	Übertragungsrohr
2	Rohrende
2a	Rohrende
2b	Rohrende
3	Ausschnitte
	Abtriebsgabel
5	gabelartige Arme
5a	zylindrische Arm-Innenfläche
6	Bügel
6a	Bügelschenkel
6b	Bügelsteg
6c	zylindrische Bügel-Außenfläche
7	Lagerbuchsen
8	Fixierungsmittel
9	Bohrungen
10	Ausschnitte
11	Ausschnitte
12	Gabelarme
13	Gabelarme
14	Zapfenkreuz
15	Kreuzgelenk
16	Flansch
17	Bohrung
18	Bohrungen

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Claims

Uni-Cardan Aktiengesellschaft ■ 9. Juni 1983

Alte Lohmarer Str. 59 UOO94.OOO

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Patentansprüche

(1J Kreuzgelenkwelle, bestehend aus einem Übertragungsrohr,

etwa aus faserverstärktem Kunststoff, mit je zwei sich diametral '-gegenüberliegenden Bohrungen nahe dem einen oder beiden Rohrende(n) und einem in jedem Bohrungspaar j schwenkbar gelagerten Zapfenkreuz mit angelenkter Über- * tragungsgabel, |

dadurch gekennzeichnet,

daß jeweils zwei sich gegenüberstehende, eine Bohrung (9) enthaltende, gabelartige Arme (5) aus faserverstärktem Kunststoff an einem Ende oder an beiden Enden (2, 2a, 2b) des Übertragungsrohres (1) vorgesehen und mittels eines Bügels (6) verbunden sind.

2. Kreuzgelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß an beiden Schenkeln (6a) des U-förmigen Bügels (6) Eingriffsmittel ausgebildet sind, mit welchen die Schenkel (6a) in Eingriff mit den Armen (5) und/oder den Lagerbuchsen (7) des Zapfenkreuzes (1¹O bringbar sind.

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Z.

3· Kreuzgelenkwelle nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß in jedem Schenkel (6a) eine der Lagerbuchse (7) angepaßte, zum Schenkelende offene, über mehr als den hai- ^ beη Buchsenumfang reichende Bohrung (18) angeordnet ist.

^J. Kreuzgelenkwelle nach einem der Anprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der Steg (6b) des Bügels (6) beidseitig ausgeschnitten ist.

5. Kreuzgelenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der Steg (6b) des Bügels (6) zwischen den Armen (12,13) der Abtriebsgabel (4) angeordnet ist.

6, Kreuzgelenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der Steg (6b) des Bügels (6) außerhalb der Abtriebsgabel (¹O durch den lichten Rohrraum zwischen den Armen (5) verlaufend angeordnet ist.

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3-

7· Kreuzgelenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Außenflächen (6c) der Schenkel (6a) des Bügels (6) und die Innenflächen (5a) der Gabelarme (5) zylindrisch ausgebildet sind und die Zylinderflächen (6c,5a) der Schenkel (6a) bzw. der Gabelarme (5) im wesentlichen gleichen Durchmesser aufweisen.

8. Kreuzgelenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Innenflächen der Schenkel (6a) des Bügels (6) und die Außenflächen der Gabelarme (5) zylindrisch ausgebildet sind und die Zylinderflächen der Schenkel (6a) und der Gabelarme (5) im wesentlichen gleichen Durchmesser aufweisen.

9. Kreuzgelenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß das gabelartige Rohrende (2) im Querschnitt als Viereck ausgebildet ist.

TO. Kreuzgelenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

daß die gabelförmigen Arme (5) zusammen mit dem Übertragungsrohr (1) aus faserverstärktem Kunststoff durch ein Wickelverfahren gobildnt sind. COPY